Определение расчетного момента сцепления

Для того, чтобы обеспечить надежную передачу крутящего момента двигателя и долговечность сцепления момент трения проектируемого сцепления не должен быть больше максимального крутящего момента двигателя M_{д max}

, (1)

где - коэффициент запаса сцепления, принимаемый для легковых автомобилей 1,3...1,8 и грузовых автомобилей 1,6…3,0.

Если передаваемый сцеплением момент превышает 700…800 Нм, то габариты однодискового сцепления становятся большими. Применение двух и многодисковых сцеплений позволяет уменьшить диаметр дисков, а вместе с тем и размеры сцепления, хотя конструктивно они сложнее однодисковых.

2 Расчет момента трения и других параметров проектиру­емого сцепления

Выделим на текущем радиусе кольцевой поверхности трения (рис.5) элементарную площадку толщиной с центральным -углом . Тогда . На эту площадку будет действовать нормальная сила

и сила трения

где - коэффициент трения; р - удельное давление; - текущий радиус; - текущий центральный угол.

Рисунок – 5 – Схема к определению момента трения сцепления

Момент трения, создаваемый на элементарной площадке будет равен

.

Опыт эксплуатации показывает, что во время буксования сцепления происходит равномерное изнашивание фрикционных накладок и, следовательно, можно считать, что pv = const, где р удельное давление и v - скорость скольжения фрикционных накладок. Так как линейная скорость пропорциональна радиусу, то можно условие pv= const записать в виде .

С учетом данного условия нормальная сила давления фрикционных накладок равна

,

Откуда

. (2)

Соответственно, момент трения сцепления равен

.

С учетом полученной формулы, момент трения, развиваемый на всей поверхности трения равен

, (3)

где:

- коэффициент трения, равный 0,2...0,5;

N - сила сжатия дисков;

R и r - наружный и внутренний радиусы кольцевых поверхностей трения;

R_с - средний радиус трения; i - число пар поверхностей трения;

i = 2 для однодискового;

i= 4 для двухдискового сцепления.

Используя равенства (I) и (3) найдем силу сжатия фрикционных дисков, требуемую для передачи сцеплением необходимого момента

(4)

Число пар поверхностей трения определяется с учетом допустимого удельного давления из равенств (1), (2) и (3)

,

где р - удельное давление на среднем радиусе трения, которое можно определить из равенства (2). Допустимое значе­ние удельного давления не должно превышать Н/м² Ход выключения нажимного диска равен

,

где - зазор между соседними дисками в выключенном сцеплении, равный 1 мм в однодисковом и 0,5 мм в двухдисковом сцеплении.

Расчет сцепления на работу буксования

Критериями качества функционирования сцепления являются:

- удельная работа буксования – это отношение работы буксования к площади поверхности фрикционного элемента, дж/см² .

Допускаемое значение удельной работы буксования сцепления

, дж/см²;

- нарастание температуры за один цикл включения сцепления, не более 20-23⁰ С;

- допустимое значе­ние удельного давления не должно превышать Н/м²

Экспериментально установлено, что при повышении температуры с 20^о до 100^оС износ большинства фрикционных накладок увеличивается примерно вдвое.

Рассмотрим схему (рис.6), поясняющую принцип работы фрикционного сцепления.

Рисунок 6 – Расчетная модель сцепления

Обозначения на рисунке:

J_д - момент инерции маховика и приведенных к нему деталей двигателя и ведущих частей сцепления ;

М_д -момент двигателя;

- угловая скорость зала двигателя;

М_с - момент трения сцепления;

- угловая скорость ведомых деталей сцепления;

М_в - момент сопротивления движению, приведенный к валу сцепления; J_в - момент инерции условного маховика, эквивалентный поступательно движущейся массе автомобиля.

Момент инерции J_в определяется из равенства кинетической энергии поступательно движущегося автомобиля и вращающегося условного маховика

.

Учитывая, что

;

, (1)

где:

m - масса автомобиля;

- радиус качения колеса ;

- передаточное число от места установки условного маховика до колеса ;

V - скорость автомобиля.

Для учета вращающихся масс трансмиссии и ходовой части введем в (1) коэффициент учета вращающихся масс .

Тогда

,

где:

i - передаточное число трансмиссии на 1-ой передаче;

= 1,05...1.1 - коэффициент учета вращающихся масс на 1-ой передаче;

G - вес машины;

g - ускорение свободного падения, м/с².

Момент сопротивления движению, приведенный к ведомым деталям сцепления

,

где:

- коэффициент суммарного сопротивления движению машины ;

i - передаточное число трансмиссии;

- коэффициент полезного действия трансмиссии;

G_а - вес машины;

– динамический радиус качения колеса.

Существует несколько методов расчета сцепления на работу буксования. По одним методам принимается, что включение сцепления и достижение им максимального момента трения происходит мгновенно. По другим произвольно задаются темпом включения сцепления, и тем самым, временем буксования и расчет теряет всякий смысл.

Предлагается следующий метод расчета работы буксования сцепления, основывающийся па некоторых допущениях, принятых в упомянутых способах расчета, но лишенный указанных недостатков. Будем считать, что во время буксования М_д и М_в постоянны, угловые скорости , и момент трения сцепления М_с изменяются по линейному закону, причем М_с достигает максимального значения в конце буксования. Кроме того, угловые скорости ведущей и веемой частей в конце равны

где:

Изучение осциллограмм процесса буксования сцепления при трогании с места позволяет сделать такие допущения.

Разделим процесс буксования сцепления (рис. 7) на два периода: от начала буксования сцепления до трогания машины и от начала трогания до окончания буксования сцепления.

Принимая нарастание момента трения сцепления пропорциональ­ной времени включения сцепления, получим:

, (2)

где М – текущее значение момента трения сцепления.

Рисунок 7 - Схематичная диаграмма работы сцепления

Составим дифференциальные уравнения вращательного движения ведущей массы с моментом инерции в интервале времени (второй участок).

.

Откуда

.

С другой стороны, с учетом коэффициента приспособляемости двигателя (см. рис.2):

Тогда из диаграммы

.

Откуда

. (I)

Из уравнения вращательного движения ведомой массы с моментом инерции имеем:

С другой стороны

Из полученных уравнений для ведомой массы М_в следует

. (II)

Из уравнения (I) имеем

(III)

Из уравнения (II) имеем:

(IV)

Откуда из уравнения (IV) получим:

(V)

Из уравнений (III) и (V) получим:

Откуда

. (VI)

С учетом (VI) получим:

Тогда время буксования на первом участке равно:

. (VII)

Определим работу буксования на первом участке:

. (VIII)

Окончательно,

.

Работа буксования сцепления на втором участке равна:

Работа буксования сцепления на втором участке равна:

при

,

и

.

Полная работа буксования сцепления равна:

где

,

Удельная работа буксования

,

где F - суммарная площадь поверхностей трения фрикционной пары сцепления:

Допускаемое значение удельной работы буксования , дж/см²